论自由基生物学与物理学的论文

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1、论自由基生物学与物理学的论文论文关键词自由基，自由基生物学，物理学，电子自旋共振　　论文摘要自由基生物学与物理学关系密切，没有物理学关于电子的理论和检测技术,就没有自由基生物学今天的辉煌，没有自由基生物学与物理学的结合，也许至今大部分人都还不知道什么是自由基。文章从自由基生物学的发展讨论物理与生物学的关系。　　abstractthereisacloserelationshipbetodernfree-radicalbiologyanypeopletodaymightnotevenknothevieentoffree-radicalbiology.　　key

2、utase,sod）以来［1］，在过去三十几年时间获得了迅速发展和辉煌的成就。1998年，一氧化氮自由基研究获得诺贝尔生物和医学奖，将自由基生物学和自由基医学研究推向另一个新高潮［2］。今后自由基生物学在衰老和疾病关系的理论研究方面将有所突破，为人类健康和延寿做出更大贡献。物理学和自由基生物学看似两门相差很远的学科，其实关系很密切。从自由基生物学的发展来看，可以说，没有物理学的理论和技术就没有自由基生物学今天的辉煌，当然没有自由基生物学与物理学的结合，也许至今大部分人都还不知道什么是自由基。本文不打算在物理学和生物学方面做广泛讨论，只从自由基生物学这一学科讨论物理学

3、与生物学的关系，也就是从生物物理学或物理生物学的一个侧面讨论物理学和生物学的关系。　　　　1物理学是自由基生物学的基础　　　　可以毫不夸张地说，物理学是自由基生物学的基础，自由基的概念、理论和检测技术都是来自物理学。按照自由基的概念和定义，“任何包含一个未成对电子的原子或原子团，均称之为自由基”，从物理学角度看自由基的实质就是一个电子。电子除了具有质量m，电荷e之外，它还具有另一个特性，就是自旋s。所谓自旋,我们可以想像电子像地球一样绕一个轴旋转。电子是一个带电体，带电体的旋转就会产生磁场，这样一个旋转着的电子就好像一个小磁偶极子。在力学上可以用磁偶极矩μ

4、来描述，它具有方向性，因此是一个矢量。如果将这一磁偶极矩放在磁场h中，它们之间就会产生一个相互作用能e，这个能量可以用量子力学的薛定谔方程描述和求解，即　　　　这里g是一个没有量纲的常数,称为g因子，β是玻尔磁子。自旋磁矩与外磁场平行的电子具有较低的能量－gβh，自旋磁矩和外磁场反平行的电子具有较高的能量gβh。若用辐射的方法给处于低能级的电子一个能量hν,正好等于gβh，它们就会吸收这一能量跃迁到高能级,我们就称电子在频率ν发生了共振。这就是电子自旋共振（electronspinresonance,esr）或顺磁共振(electronparamagicre

5、sonance,epr))的基本原理，也是检测自由基最特异、最直接和最有效的技术［3］。　　至此，我们可以看出，自由基完全可以用纯物理学的语言通过一个电子的物理性质来表述。正是描述一个电子在磁场中的自旋共振奠定了自由基的检测方法，才使得我们可以利用esr波谱仪检测自由基，因此可以说esr是自由基物理学，它包括自由基的基本理论和自由基的检测技术——电子自旋共振，当然还包括该技术在物理学中的应用。　　尽管在物理学中对自由基的研究已经很深入，甚至自由基在化学中的应用也获得巨大发展，比如，辐射化学和放射化学的反应基础都是自由基理论，有机化学中的聚合反应和有机化工也都是以

6、自由基理论作为基础的，但是直到上世纪60年代，人们根本没有想到一个具有小小电子的自由基会与生物学有什么关系，更不能想像会产生一门独立的自由基生物学和该学科今日取得的辉煌。　　　　2生物学与物理学的结合带来了自由基生物学的发展和辉煌　　　　1968年,发现生物体内存在超氧化物岐化酶（sod），而sod的功能是清除和歧化超氧阴离子自由基，由此，人们认识到生物体内存在自由基［1］。许多物理学家和生物学家分别或联合起来开展了自由基生物学研究，三十多年来获得了巨大的发展和辉煌的成就。1998年,一氧化氮自由基研究获得诺贝尔生物和医学奖，将自由基生物学研究推向一个新高潮

7、［2］。这归功于物理学与生物学结合的生物物理学或物理生物学研究。自由基生物学在以下几个方面取得突出进展：　　　　2.1建立和发展了多种检测自由基的新技术和方法　　自由基检测是研究自由基的关键。物理学发展了多种检测短寿命自由基的手段，如研制成功时间分辨的esr技术和esr成像仪，不仅可以检测自由基的种类和浓度，而且可以检测自由基在生物体内的空间分布。并且利用这些方法系统地研究了氧自由基和一氧化氮自由基的性质、生物功能和疾病的关系，特别是在炎症、心脑缺血再灌注损伤和神经退行性疾病中的作用［4—6］。　　上世纪60年代建立和发展起来的用氮氧自旋标记技术，使es